微型钢管桩在滑坡应急治理中的应用及效果评价

陈 微，许湘衡，潘 琦

（湖南省核工业地质局三〇六大队，湖南 长沙 410000）

滑坡是一种比较常见的地质现象，它主要是斜坡岩土因为受到剪切破坏而产生的滑动。造成这一现象的主要原因是某一滑移面上剪应力超过其能够承受的抗剪强度。对斜坡的物质组成进行分析可以得知，它主要有松散土层、碎石土以及岩土层等组成，这些成分所具有的抗剪切强度相对比较低，因此在下雨天气就比较容易形成下滑；坚硬岩石所具有的抗剪强度比较大，在发生滑坡的时候就不容易出现滑动。如果在这些岩体中存在滑动面，那么在暴雨天气就比较容易导致浸泡，在抗剪强度下降的时候比较容易出现滑动。降雨对滑坡的影响很大。降雨天气比较容易使斜坡出现滑动的现象，主要是因为降雨会导致大量的雨水因为沉积而下渗，从而会导致斜坡上的土石层因为饱和而摩擦力降低，同时还会降低土石层的剪切强度，在这些因素的作用下就容易引发滑坡。在很多滑坡发生的时候会表现出“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点。地震对滑坡的影响也很大。对其原有进行分析可以得知，由于受到地震的影响会导致斜坡土石内部结构被破坏，斜坡原有的结构出现了张裂，同时在斜坡底部也会出现有大量的积水，这些都会造成斜坡不稳定。此外，在地震比较强烈的时候还通常会发生余震，斜坡在受到地震力的反复冲击影响会导致土石体发生变形，时间久了就容易发生滑坡。

笔者结合常宁市荫田镇新华村喜石组滑坡地质灾害应急治理工程实例及工程防治效果，分析该滑坡形成机制，基于此对微型钢管桩对滑坡治理的技术进行了详细的分析和探讨，从而可以为以后的滑坡治理提供比较好的指导。

1 滑坡治理工程措施

在应对滑坡地质灾害治理时采取削坡减载是最有效最直接的办法，且具有施工简便、工期短、造价低等特点，但是在工程实例中往往仅采取削坡减载措施达不到治理的效果，必须配合其他的一些工程措施以达到滑坡治理的目的。

1.1 重力式挡土墙

重力式挡土墙主要是借助墙体自身所具有的重力来抵抗斜坡发生滑坡时所具有的侧压力。在对重力式挡土墙进行建设中可以采用石块、片石以及混凝土等多种材料砌体，通常对重力式挡土墙的建设采用梯形结构，这种方法具有施工简单，选材容易和经济的优点。

因为重力式挡土墙自身的重量较大，所以比较平衡和稳定。但是如果建设在软弱的地面上比较耗原材料，成本也比较高，下图1 是一种重力式挡土墙的具体形貌。

图1 重力式挡土墙

1.2 抗滑桩

抗滑桩在行业中也被称为是治理地质灾害的核武器，可以用于对各种类型滑坡的治理，因为这种工程具有特殊结构，因此只能采用人工挖桩的方式，所以比较危险。见图2。

图2 抗滑桩受力图

表1 岩土体物理学参数

抗滑桩在建设中是穿过滑坡体的一种比较深的桩柱，通过采用该桩柱可以实现对滑坡体进行支撑和阻挡，从而具有比较好的稳定作用，这种结构的工程比较适用于在浅层和中层进行使用，它是一种对滑坡进行处理的方法，具体结构见图2 所示。但是在施工过程中面对正在滑动的坡体进行挖桩有比较大的风险，施工过程中还需要注意振动引起滑坡。因此在具体执行中需要采用抗滑柱，采用比较小的土方量。依照滑坡的大小和产生的坡体推力在对桩体的建设中可以采用木桩、混凝土桩以及钢桩等。

抗滑桩相比于其他桩体有比较多的相似之处，主要是用来承载水平负荷。在对滑坡进行治理中抗滑桩应用也比较多，由最早期的木桩已经逐步发展到现在使用的钢筋混凝土桩，桩体的截面也有圆形和矩形几种形状，在施工中所采用的打入方法也有多种。

1.3 锚索桩

锚索桩在应用中主要是采用了预应力，也就是在建设的抗滑柱的上方采取预应力锚索，这样就可以很好地改变抗滑桩所承受的应力，这种方法在实施中可以有效降低桩体的截面、桩体预埋深度等，因此可以产生比较好的经济效益，大大提高了滑坡稳定性。

1.4 预应力锚索

预应力锚索在对滑坡进行治理的过程中主要是在滑坡体的中部和前部打入一定量的排锚索，通过加深锚索在地层中的深度来实现对滑坡的控制，在实施预应力锚索的过程中可以增加对滑动垂直压力的控制，在应力的作用下可以提高滑坡的稳定性。预应力锚索方案在实施中不需要挖滑动体，因此对滑体所产生的干扰比较小。

1.5 框架锚杆

框架锚杆这种工程结构比较简单，具有比较强的适应性，在对滑坡进行治理中具有比较好的抗震动性能，也是最常用的一种治理滑坡的技术方案。这种方案主要是采用水泥砂浆把锚杆和孔壁进行牢固控制，整个工程造价成本也比较低，下面图3 是该工程的具体实例。

1.6 微型钢管桩

微型桩的结构通常是指其半径不超过400mm，同时桩体的长细比大于30，在具体实施中可以采用钻孔、压力关注水泥浆等工艺进行灌注桩。如果在这种工程中采用钢管作为主体就称为是微型钢管桩。微型钢管桩是将桩体埋入滑动面以下的稳定地层中，同时进行高压注浆形成的复合体从而用于支挡滑动体的滑动。

1.7 综合治理

在实际工程中以上几项工程措施一般都不单独使用，在对造价成本进行充分考虑的情况下可以结合工程地质情况、斜坡规模以及滑坡产生的原因等多种条件，然后采取合适的滑坡治理方案。以充分发挥各种工程措施的支挡效果。比如在具体执行中可以采用锚杆+抗滑桩，挡土墙+抗滑桩以及微型钢管桩+锚索等多种组合方案。本文以常宁市荫田镇新华村喜石组滑坡作为研究对象，结合具体情况在分析了微型抗滑桩的应用。

图3 锚杆、锚索框架梁边坡支护

2 工程实例

2.1 地层岩性及地质构造

通过进行大量的资料查阅和调查分析，该地区的斜坡组成结构上主要有残坡粘土、泥质粉砂浆等，这种斜坡所具有的特点有：粉质粘土，黄褐-红褐色，湿润，可塑，土体松散，主要成分为粘粒、粉粒，干强度韧性一般，厚度约3-4m。下表1 所示是各种材质所具有的物理学参数。

区内构造不发育，根据现场调查结合资料分析，未发现活动性断裂构造迹象。

2.2 滑坡基本特征

该滑坡位于新华村喜石组南侧山坡，总体地形南高北底，滑坡体呈东西向展布，具有高高度差为35m，斜坡所具有的坡度为30°～40°，在滑坡的前面建设有挡土墙，其中挡土墙具有的高度约为3.5m，所有的斜度为15°。该处的滑坡体呈裂缝发育，形成的裂缝宽度约为0.5m，最大可见深度2.0m，最大错位1.3m，倾角近于直立。在滑坡的后缘有1 个拉裂缝，通过采用挡土墙可以实现对滑坡所具有的下降力的承受，但是在周围发生震动的时候会导致裂缝宽度加大，挡土墙所具有的效果不好，滑坡会出现下滑。

2.3 应急治理措施

（1）在距离坡体边缘5m 的位置修建水沟，可以拦截强降雨的雨水不深入到坡体，在对坡体进行修建中采用Mu30 片石和M7.5 水泥砂浆进行灌注，整体的长度约为100m。

（2）从最后一道裂缝附近开始自上而下分级削方减载，每级坡高5m，坡比1：75，平台处留3.0m 宽马道(外倾4%)。

（3）坡脚损毁挡土墙清除后在原址附近布置一排抗滑桩，桩长6m，悬臂段的长度为2.5m，整个桩体的尺寸为1.2×1.5m，桩体在建设中下沉3m，在滑坡中总共采用了14 根桩柱，每根桩柱之间的间距为4.0m。

（4）在2 级平台上共设置了2 排钢管桩，其中每根钢管桩的长度为9m，每个桩体之间的距离为1m，2 排钢管桩之间的间距为0.6m。在对桩体建设中采用的钻孔直径为130mm，采用钢管进行高压灌注，使桩体埋于土中。具体工程布置见图4、图5。

该项目微型钢管桩的作用主要有2 个，一是对滑动体起到一个阻挡的作用以减轻下部抗滑桩所承受的滑动力，可以通过减少抗滑桩的尺寸来降低工程造价。二是确保了抗滑桩施工期间滑动体的稳定，为抗滑桩施工提供一个安全的施工条件。

图4 治理平面图

图5 治理剖面图

3 微型钢管桩施工的特点

（1）施工比较简单，同时还可以提高施工速度。这种工程对施工场地的要求比较低，只需要采用钻机和螺旋钻进行施工，可采用各种类型的微型钢管。

（2）具有较强的适应性，在施工中对桩体的布局也比较灵活，可以采用多种类型的桩体排布结构，同时还可以与其他类型的治理方案进行结合应用。

（3）造价成本低，经济性好。利用桩顶混凝土将单个钢管微型桩梁形成一个整体，可以起到很好的支挡效果。

（4）该方案还可以起到抗滑桩的作用，在施工中可以把微型钢管埋入到足够深的地层以下来承受比较高的剪切力。

（5）可以采用高压灌注的方法把水泥浆液灌入周围的裂缝结构体中，从而可以提高微型钢管柱的抗剪强度，可以有效的抵挡滑动面的滑动。

4 微型钢管桩技术分析

4.1 微型钢管桩的锚固深度

首先应该通过现场的勘察以及资料的收集弄清楚滑坡的各项技术参数，确定滑动面的厚度。微型钢管在进行埋入地下的时候可以采用锚固深度，这样可以提高柱体所具有的承受力，提高其抗剪切强度，在施工中如果不考虑其他影响因素，可以把单个微型钢管柱所具有的承受负载进行计算。实际上每个微型钢管柱在作用中所具有的承受力会传递到稳定的地层，提高其整体所具有的抗压强度。

4.2 微型钢管桩的布置

不同于抗剪切能力较大的桩，其实微型钢管桩的单桩抵抗剪切的能力是相当有限的。所以在工程实际中一般的都是采用单排桩、双排桩或三排桩等等，因为在水平荷载的作用下，每根桩所受到的应力都是不同的，如果桩间距比较小，可以提高桩体的排列密集度来提高其抗滑动能力，这就是所谓的群桩效应。在桩顶设置桩顶梁，可有效提高桩群的整体刚度，使整个桩群形成一个体系，有利于控制桩群体系顶部位移变形，调整每排桩体受力情况，提高其整体的抗滑安全系数。

在确定布置群桩位置的时候，应同时考虑地质条件、地形条件以及微型钢管群桩的受力机理和施工工艺等方面因素。地质条件主要考虑的是微型钢管群桩锚固段是否能承受上部滑动体的滑动力。在对地形条件的考虑中主要是要求能够满足滑坡推力的一些参数和施工条件。由于微型钢管桩群受力机理不同于普通抗滑桩和抗滑挡土墙，其原理依靠多排桩共同受力，可以形成一个结构体系，一般采用2 排～3 排其微型桩共同受力效果较好且具有一定的经济性。在施工工艺方面，影响桩位布设的主要指成孔机械选择，一般可采用100 型地质钻机成孔，其特点比较明显，可以化整为零，通过人力或牲畜运输到施工部位再进行组装，其成孔效率高且适用于应急治理工程特别是适用于山区且一般较大型机械无法进场的地段，对作业面的要求也不高，故在确定桩位时应予以考虑。

4.3 微型钢管桩压力注浆加固

微型钢管桩施工后进行注浆加固，宜采用压力注浆，具体压力确定以施工现场进行的压水试验为准。进行压力注浆的主要目的是改善状体周边土体的力学性质，增加土体的密度，减少孔隙率、渗透系数以及减少地表水的渗入，将滑动体和稳定地层形成一个扩散的复合体以改善滑动面土体的抗滑作用而提高滑动体的整体稳定性。当孔口出现冒浆的时候就继续进行二次注浆。

5 微型钢管桩施工

5.1 微型桩施工工艺流程为

测量放线—成孔—钢管安装—高压注浆—顶梁混凝土浇筑（具体见图6）。

5.2 成孔工艺及机型选

结合具体的现场施工条件和工程设计要求，可以采用机械成孔的方式，在对工具的选择上主要是以100 型钻孔机为主。

5.3 放线

根据具体的设计要求可以得到其平面结构和坐标信息（特征点）。轴线点（特征点）订木桩用水泥砂浆固定，作为桩定位和校核的基准点。中间桩为采用的是花杆进行测量，采用φ20 钢筋进行打孔和标记。测量放线的精度要求为轴线偏差±10mm。桩位偏差±20mm。

图6 微型钢管桩施工工艺流程图

5.4 成孔

5.4.1 钻孔

在工程中的钻孔中主要是根据灌注桩的质量进行，基于《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）中的相关要求来进行施工。在对钻机进行安装的过程中要能够做到钻架平稳，同时还要保证钻盘水平，这样不但可以提高钻具的使用寿命，同时还可以提高其钻孔效果。

5.4.2 清孔

在完成钻孔之后需要对孔的深度进行测量，需要确保其钻孔的底部沉淀物≤100mm，如果要求未满足需要继续进行钻孔。清孔后，及时吊放钢管。在完成钻孔后并验收合格可以开展下道工序。

成孔质量要求：孔径偏差：-20 ≤d ≤20mm

孔深：0 ≤h ≤-100mm

垂直度偏差：<1%

沉渣厚度：≤100mm

5.5 钢管制安

（1）在进行钻孔中需要对钢管和钢筋的具体型号和级别进行设计，严格遵守工程要求进行，这就需要对进场的钢材进行验收，禁止使用不满足要求的钢材。

（2）在对钢管进行制作的过程中需要严格按照图纸的要求，同时还需要采用台钻对钢管进行焊接和定位。在对钢管进行制作的时候需要对钢管的焊接底部进行去锈和去油污等处理，同时还需要使焊条满足规格和规范要求。钢管制作的具体要求如下。

a、打孔间距±10mm；b、支撑定位筋±20mm；

c、钢管长度±50mm

（3）钢管的吊放安装：工程的吊装是采用钻机进行，同时在对桩顶进行设计中还要满足底部0.4m 的要求，安排专门人员对尺寸信息进行测量和管理。

5.6 注浆成桩

对孔口的封堵需要采用专用封孔器，在完成对孔口的封堵后需要进行注浆处理，注浆要满足水灰比0.45:1 的要求，水泥采用P.o42.5R 普通硅酸盐水泥。孔内的注浆浆液需要采用专用搅拌机进行处理，在对浆液进行搅拌中不能少于3 分钟，在浆液制备完成后至用完不能超过2 小时。

在注浆处理中要采用UBJ-3 型注浆泵，在这个过程中需要注浆压力为0.5MPa～3.0MPa，在本文的研究中所设计的工程注浆压力为1.0MPa～2.2 MPa。在完成对孔的注浆处理后需要对孔内的气体进行排出，然后进行加压注浆。在注浆过程中如果孔口出现了冒浆可以在补注后停止注浆。

6 结论

该项目目前已经完工，通过一段时间以来的监测数据来看，该滑坡已经稳定了，没有出现再次滑动的迹象。微型钢管因为具有比较强的稳定性，在对滑坡治理中具有比较好的成效，同时这种工程施工比较方便，所以在对浅层滑坡治理中具有较好的效果。

（1）通过对微型钢管桩支挡作用的技术分析发现采用微型钢管桩对滑坡进行支挡具体表现在微型钢管桩结构能够产生最大的抵抗力，产生的这种抵抗力主要是来自滑动面的剪切应力。

（2）微型柱主要的组成结构有钢管、注浆水泥以及土固体等组成，这些结构可以通过抵抗剪切破坏的结构体。通过对微型桩本身的结构进行分析可知，钢管是这种结构中的主要受力构件，注浆水泥在进行阻挡滑坡中所产生的受力结构和力学特性比较复杂。

（3）微型钢管柱在施工中是要埋入滑动面以下，柱体埋入的深度主要是根据地层岩性分析而定。在这种工程中不同微型桩之间的间距以及微型桩排间距需要控制在合理范围。在桩体的顶部需要浇筑混凝土来形成一个完整的结构体。

（4）在微型钢管柱进行施工中最为关键的工序是高压注浆，在具体施工中需要保证注浆压力的要求。如果注浆压力不能满足具体要求需要结合工程现场的情况进行试验和分析，直到注浆压力达到理想效果。

在对滑坡进行治理中是一项综合工程，要结合具体的工程实际状况来采取有效的治理方案。对滑坡治理方案制定的过程中需要综合考虑滑坡性质、周围环境以及滑坡规模等信息，同时还要参考滑坡产生的具体原因、施工细节等多种条件，在综合这些因素下来选择合理的工程措施，然后制定合理的滑坡治理方案。在对滑坡治理方案进行设计中需要采用具有可靠性、经济性的要求。微型钢管柱是当前应用相对广泛的一种新型支挡结构，这种技术具有施工方便、经济可靠、适用性强等特点，在对滑坡治理中具有非常好的应用前景。